氧環(huán)境下材料的選擇

1、Selection of Materials for Oxygen Service氧服務材料的選擇氧服務材料的選擇非金屬材料非金屬材料金屬材料金屬材料SCOPE 范圍 金屬和非金屬的選擇取決于它們性質，這些性質是通過氧兼容性評估方法及其相關的材料選擇指導原則確定。 不同氧服務應用場合材料的選擇。 氧兼容性試驗方法概述。氧兼容性評估/試驗的作用 材料的選擇取決于在將要運行的狀態(tài)（最差情況）下它們影響點火和燃燒的能力。 一種材料的氧兼容性質隨特定點火機制下材料評估所設計的試驗方法而不同 不同材料及其適用的選擇規(guī)則。 為了選擇適當的氧服務材料，關鍵是要完全理解一個部件在其使用結構中潛在的點火機制。氧

2、的性質 最普通的元素（空氣中含量為21%）。 生命必需的，無色無嗅的氣體。 不可燃，但強力地支持燃燒。 氧化劑，大多數材料可以與氧反應。 氧化能力低于F2 (7.5) 和 NF3 (1.5)；O2 (1.0)。 本身具有熱力學穩(wěn)定性（不像N2O, NF3 ）。Reactivity of O2 Creates its Values & Problems!氧的反應性是其價值之源，也是其問題之源！氧的反應性是其價值之源，也是其問題之源！ “氧兼容性”的定義(ASTM)在用戶可以接受的風險水平之內，一種物質與氧和潛在點火在用戶可以接受的風險水平之內，一種物質與氧和潛在點火源兩者在預期的壓力和溫度下可以

3、共存的能力。（在規(guī)定的源兩者在預期的壓力和溫度下可以共存的能力。（在規(guī)定的運行條件下）運行條件下）一個系統(tǒng)可以被看作是氧兼容的，條件是：一個系統(tǒng)可以被看作是氧兼容的，條件是： 它不能或不大可能燃燒（不可燃的）；它不能或不大可能燃燒（不可燃的）； 失火事件是極為罕見的；失火事件是極為罕見的； 如果失火可以得到隔離，并且對其影響可以承受。如果失火可以得到隔離，并且對其影響可以承受。行業(yè)人士的觀點仍然認為要設置一個濃度極限閾值（行業(yè)人士的觀點仍然認為要設置一個濃度極限閾值（21%；23.5%;25%或其他值），在此極限閾值以上或其他值），在此極限閾值以上必須考慮材料的氧兼容性。必須考慮材料的氧兼容性

4、。燃燒三角形 結構材料結構材料(化學反應化學反應 w/ O2: AIT, D DH, O.I.，熱導率熱導率, 結構：厚度結構：厚度/方位等）方位等） 從周圍材料釋放的能量從周圍材料釋放的能量 顆粒沖擊顆粒沖擊 電能電能 絕熱壓縮絕熱壓縮 共振諧振共振諧振 摩擦摩擦 機械撞擊機械撞擊 溫度溫度 壓力壓力 速度速度 稀釋度稀釋度 外部污染物：碳氫化合物，油外部污染物：碳氫化合物，油/脂脂/潤滑劑，加工毛刺，焊巴等。潤滑劑，加工毛刺，焊巴等。 氧氧燃料燃料點火源點火源影響材料氧兼容性的因素 壓力壓力 濃度濃度 溫度溫度 速度速度 稀釋劑稀釋劑(CO2, N2, Ar) 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計 部件的結構

5、形式部件的結構形式 清潔程度清潔程度 運行程序運行程序 部件的厚度部件的厚度 點火鏈點火鏈氧兼容性涉及許多變量點火機制 溫度升高 顆粒沖擊 機械撞擊 摩擦 絕熱壓縮 新鮮金屬暴露（反應性金屬如鋁，鈦等） 流動摩擦 靜電 電弧/電火花 聲學共振 雷電氧兼容性評估方法的分類l自動點火試驗（點火）自動點火試驗（點火）l氧指數試驗（燃燒）氧指數試驗（燃燒）l燃燒發(fā)熱試驗（損壞可能性）燃燒發(fā)熱試驗（損壞可能性）l環(huán)境壓力下，液氧沖擊試驗；壓力下液氧環(huán)境壓力下，液氧沖擊試驗；壓力下液氧/氣態(tài)氧氣態(tài)氧沖擊試驗（點火）沖擊試驗（點火） l絕熱壓縮（壓力波沖擊）試驗（點火，評估材料絕熱壓縮（壓力波沖擊）試驗（點

6、火，評估材料或壓力部件）或壓力部件）l填料環(huán)試驗（燃燒填料環(huán)試驗（燃燒/損壞可能性，評估部件）損壞可能性，評估部件）l促進燃燒試驗（燃燒）促進燃燒試驗（燃燒） l摩擦試驗（點火）摩擦試驗（點火） l顆粒沖擊試驗（點火）顆粒沖擊試驗（點火） Classification of O2 Compatibility Tests (cont.)Continued Description on Notes材料選擇的先后順序 消除點火 選擇在給定運行條件下點火可能性最低的材料。：要實施這一點可能是困難的或不切合實際的！ 防止繼續(xù)反應防止繼續(xù)反應 選擇那些在點火后有熄滅（停止反應）傾向的材料。：是最現實和最可

7、行的方法?。菏亲瞵F實和最可行的方法！ 減小反應速率 選擇那些點火后反應速度盡可能慢的材料，以便可以對反應（燃燒）進行控制/封堵。非金屬材料的選擇 聚合材料： 塑性材料：閥門座，填料，軟管襯里等； 彈性材料：O型環(huán)，膜片，軟管襯里等。 墊片材料（有有/無無壓縮石棉纖維）： 油/脂/潤滑劑/密封劑：機械零件，螺紋接頭等。 對于醫(yī)用氧系統(tǒng)，非金屬材料的選擇對于醫(yī)用氧系統(tǒng)，非金屬材料的選擇有嚴格的規(guī)定（有嚴格的規(guī)定（O&ED 03/98）。）。非金屬材料的選擇非金屬材料的選擇可以按照下列性質進行：非金屬材料的選擇可以按照下列性質進行：（這些性質是根據給定運行條件和可能的點火機制通過相關的氧兼容性試驗確

8、定的）自點燃溫度（自點燃溫度（AIT）：）：AIT試驗和試驗和Pot維持試驗維持試驗 燃燒熱：燃燒熱：燃燒發(fā)熱量測試燃燒發(fā)熱量測試氧指數（氧指數（O.I.）：）：氧指數試驗氧指數試驗液氧和氣氧中機械沖擊的敏感性液氧和氣氧中機械沖擊的敏感性 ：液氧機械沖擊試驗和氣氧機械沖擊試驗液氧機械沖擊試驗和氣氧機械沖擊試驗抗絕熱壓縮能力：抗絕熱壓縮能力：氣氧壓力波沖擊試驗氣氧壓力波沖擊試驗 法蘭墊片損壞可能性：法蘭墊片損壞可能性：墊片環(huán)形試驗墊片環(huán)形試驗非金屬與金屬的對比 非金屬材料（除無機材料外） 絕大多數有機材料，包括聚合材料，油/脂，和碳氫化合物在大氣壓下的富氧氣氛中是可燃的。全氟彈性材料可能是唯一的

9、例外，如PTFE和PCTFE（依靠燃燒結構）。 非金屬的可燃性由它們在環(huán)境溫度和壓力下的氧指數（OI）表征。 自點燃試驗（AIT試驗） 在靜態(tài)條件下確定液體和固體在高壓（15002000psig）富氧環(huán)境中的自點燃溫度。 AIT試驗可以參考ASTM (G72), BSI (3/4N 100), BAM and CEN。 BOC使用BS 3/4N 100 SIT （高壓腔）試驗來確定材料的自點燃溫度。用于選擇非金屬材料的數據在壓力升高時有可能產生溫度偏差。 BOC的BS 3N 100 SIT 試驗機自點燃試驗自點燃試驗溫度記錄儀溫度記錄儀試驗樣品試驗樣品樣品夾持器樣品夾持器內反應容器內反應容器高

10、壓試驗腔高壓試驗腔加熱套加熱套氣態(tài)氣態(tài) O2熱電偶熱電偶溫度停止上升或壓力波動即表明自點燃發(fā)生。溫度停止上升或壓力波動即表明自點燃發(fā)生。AIT 數據 C 聚三氟氯乙烯聚三氟氯乙烯 400 - 405 C特氟隆特氟隆 PFA 400 C Vespel SP 21 350 C Fluorel 297 C 維通橡膠維通橡膠 A 268 C PVDF偏聚氟乙烯偏聚氟乙烯 243-310 C EPDM 206 C 硅橡膠硅橡膠 200-300 C 尼龍尼龍 6,6 178 C 氯丁橡膠氯丁橡膠 170 - 250 C 布納橡膠布納橡膠 N 166 C 這些數據可參考這些數據可參考BOC OCSB-6 &

11、 8章章, 以及以及 ASTM TPT 相關資料。相關資料。AIT 數據 C C (CAF+PTFE) (CAF+黏結劑) Grafoil 500 C Flexicarb NR 400 C (石墨纖維) (石墨/鎳 層壓結構)Gylon Fawn/3500 400 C Sigma 511/522/533 400 C Top-Chem 2000 400 C Klingersil 4430 184 C Grafoil TG 323 400 C Valqua 7020 400 CCAF=Compressed Asbestos Fiber 壓縮石棉纖維壓縮石棉纖維BOC 批準的非批準的非CAF 墊片墊

12、片,可參考可參考 OCSB-8章中章中 (表表 8-2)AIT 數據 C Krytox 240 AC 427+ C Fomblin RT-15 425 C Braycote 1720/1730 400 C Halocarbon 25-5S 425 C 氟碳潤滑劑氟碳潤滑劑 362/290 425 C Molykote 321 427+ C 烴基液壓油烴基液壓油 150250 C (礦物油或合成油) 閥門密封閥門密封 A 280 C 液壓油液壓油 199 C (道-科爾寧, 硅基) (中-高-5606)這些數據可參考這些數據可參考BOC OCSB-第第3章章, 以及以及 ASTM TPT 相關資

13、料。相關資料。AIT 數據 (續(xù)) 大多數金屬材料的自點燃溫度為 900-2000oC(通過在富氧氣氛中電阻加熱金屬絲來確定) 點燃溫度. (oC)/O2 壓力 (psig)金屬 0 500 1000 1800 銅 1084 885 835 805鎳 1457 - - -430不銹鋼 1365 - - -中碳鋼 1276 1104 1018 926碳鋼 900-1100 - - -鐵 (Fe) 930 825 740 630鋁 Al 1640* - - - AIT 試驗數據的應用 材料分級 按照由ASTM, BAM, BSI & CEN設定的指導原則為基礎選擇材料 ASTM: 最小160加10

14、0的余量，最好大于400。 BAM: 最小160加100的安全余量。 BSI & CEN: 按照BS 3N 100中同樣的指導原則 將這些數據與運行條件相比較，制訂材料選擇的指導原則。 應用范圍：閥座，O型環(huán)，螺紋密封劑，油/脂/潤滑劑，軟管的選擇。 影響AIT的各種變量 AIT 隨著試樣加熱速度的提高而升高. 在下列情況下AIT 下降： 試樣數量增加 試樣表面積增大 氧純度增加 氧壓力增大 例外的情況: Nihart & Smith (1964), NASA (1995), & BOC (1997)BS 3N 100 Pot Test在下列條件下確定大氣壓的氧中標準點燃溫度SIT： 耐熱玻璃

15、反應器 動態(tài)氧流量為2升/分 溫度步進，每次增量為20 試驗通過，或者失敗 接受標準：6次試驗，AIT 250 材料適用于純氧，最高壓力到0.4 MPa。用于非金屬材料選擇的數據在低壓時有可能產生溫度偏差，例如氧-乙炔焊割炬的軟管材料，用于食品MAP的包裝材料等。燃燒熱試驗(ASTM D4809) 采用高壓量熱器測量液體碳氫化合物燃料或固體有機物燃燒熱的標準試驗方法。 數據的應用：用于氧服務的軟閥座，O型環(huán)密封，填料，油/脂，潤滑劑等有機材料的鑒別和選擇。燃燒熱試驗試驗腔試驗腔電極電極試樣杯（盛放樣品）試樣杯（盛放樣品）點火絲點火絲:鉑鉑或鎳鉻合金或鎳鉻合金氣態(tài)氣態(tài) O2- 通過電點火裝置實施

16、肯定的點火。通過電點火裝置實施肯定的點火。- 量熱器溫度升高值測量并與刻度標準量熱器溫度升高值測量并與刻度標準 苯甲酸進行對照。苯甲酸進行對照。- 高壓瓶充裝以高壓瓶充裝以2535 atm的純氧的純氧 燃燒熱數據聚乙烯聚乙烯 (polyethylene) 11,150尼龍尼龍6/6 (Nylon 6/6)7,4007,900EPDM9,500氯丁橡膠氯丁橡膠 (Neoprene)7,500維通合成橡膠維通合成橡膠 (Viton A)3,700聚三氟氯乙烯聚三氟氯乙烯 (Kel F, PCTFE)2,500聚四氟乙烯聚四氟乙烯 (PTFE)1,0001,700硅脂硅脂 (Silicone Gre

17、ase)4,800Krytox 240 AC9001000燃燒熱數據-鋁鋁7,425Ti-45Nb3,675不銹鋼不銹鋼1,9002,000碳鋼碳鋼1,6301,850Inconel 600 (鉻鎳鐵合金鉻鎳鐵合金)1,300Al Bronzes 鋁青銅鋁青銅1,1001,400Monel 400 蒙乃爾蒙乃爾(銅鎳合金銅鎳合金)870Copper 純銅純銅585Nickel 鎳鎳980Silver 銀銀35燃燒熱試驗結果的應用 材料分級 評估一種金屬燃燒時通過點火鏈機制點燃周圍材料的可能性。 根據ASTM建議的指導原則選擇材料： 最好是DHc 2500 cal/g 的非金屬； 當2500 c

18、al/g DHc 10,000 cal/g時不適用于氧服務。氧指數試驗(ASTM D2863) 測量在與氮的混合上升氣流中維持塑性材料蠟燭一樣燃燒的最低氧濃度的標準方法。 氧指數（OI）的定義是：“體積百分數型式表示的氧濃度”這些數據的應用：選擇用于低壓富氧環(huán)境中的服裝材料和聚合材料。 氧指數試驗氧指數試驗O2 進進N2 進進O2/N2 混合氣混合氣玻璃珠玻璃珠點火器（丙烷槍）點火器（丙烷槍）玻璃園柱塔玻璃園柱塔(試驗腔試驗腔)試驗樣品試驗樣品:聚合物，聚合物， 服裝材料，服裝材料，油油，不揮發(fā)性殘余物，等。不揮發(fā)性殘余物，等。 樣品夾持器樣品夾持器熱阻型玻璃園柱塔（最小尺寸熱阻型玻璃園柱塔（

19、最小尺寸，高，高450毫米，內徑毫米，內徑75毫米）毫米）在在NASA/WSTF進行的氧指數實驗進行的氧指數實驗- 聚苯乙烯薄膜聚苯乙烯薄膜聚苯乙烯膜聚苯乙烯膜在空氣中是在空氣中是不可燃的不可燃的但在含氧達但在含氧達30%氣氛中氣氛中立即燃燒。立即燃燒。標準及ASTM D 2863方法修訂的燃燒極限 (NASA的最新數據) 環(huán)境溫度下環(huán)境溫度下加熱到加熱到200 燃燒上限燃燒上限燃燒下限燃燒下限燃燒上限燃燒上限燃燒下限燃燒下限聚四氟乙烯 PTFE99.549.084.440.8聚三氟氯乙烯 Kel-F 8199.554.385.351.8硅橡膠 Silicone45.423.533.920.6

20、 Zytel 4231.823.031.021.7維通橡膠 Viton A31.522.527.821.0氯丁橡膠 Neoprene23.917.521.917.0布納橡膠 Buna N22.817.3- EPDM21.916.519.516.0 Delrin17.211.514.710.6數據的比較 高氧指數高氧指數O.I.傾向于相對較低的燃燒熱傾向于相對較低的燃燒熱HoC和高的和高的 AIT 物質物質 O.I. HoC (cal/gram) AIT* (oC) *在大氣在大氣壓下壓下 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 100 1274 510 - 525 純氧純氧中測量中測量 聚三氟氯乙烯聚三氟氯乙烯

21、81 100 1877 - 2337 425 - 480 維通橡膠維通橡膠 56 - 100 3084 - 4446 460 - 480 聚氯乙烯聚氯乙烯PVC 37 4988 400 氯丁橡膠氯丁橡膠 32-35 6386 - 6523 300 - 320 布納布納-N 22 8355 200 - 220 聚氨酯泡沫聚氨酯泡沫 21-26 5200 - 6500 - 聚丙烯聚丙烯PP 18 11000 230 - 260 聚乙烯聚乙烯PE 17.5 11154 225 這些數據可參考這些數據可參考BOC OCSB-第第8章章, 以及以及 ASTM TPT相關資料相關資料的的OI-3頁表頁表3

22、。液氧機械沖擊試驗(ASTM D2512) 用于研究在大氣壓下有機械沖擊能量影響的條件下材料與液氧兼容性的標準試驗方法 以ABMA型沖擊試驗機為基礎進行設計。 可以用做： 合格或不合格試驗合格或不合格試驗(98 焦耳焦耳/72 ft-lb)； 用于確定沖擊能量極限閾值（從用于確定沖擊能量極限閾值（從14 到到 98焦耳之間的某一數值焦耳之間的某一數值 ） BOC 習慣于使用BS 3N 100 液氧機械沖擊試驗。液氧機械沖擊試驗 數據的應用：鑒別/選擇用于液氧的 主要非主要非金屬材料。金屬材料。 大多數非金屬材料，除了像Chemraz/Kalrez, PTFE, PCTFE (Kel-F 81)

23、等氟化物，一般是與液氧不相兼容的。 大多數金屬材料, 除了比較薄的反應性金屬 (如 Al, Ti, Mg, 等) , 一般都是與液氧相兼容的。液氧沖擊試驗液氧沖擊試驗重錘重錘:9.07 Kg沖擊銷導向器沖擊銷導向器沖擊銷沖擊銷試樣杯試樣杯液氧液氧 O2試樣杯夾持器試樣杯夾持器 試樣試樣砧座砧座BS 3N 100 液氧機械沖擊試驗機液氧機械沖擊試驗機 6英尺重錘重錘試樣夾持器試樣夾持器三腳支撐三腳支撐 滑行導軌滑行導軌加壓的機械沖擊試驗(ASTM G86) 用于確定材料在壓力氧（包括液氧和氣氧，到10000psig）環(huán)境下對機械沖擊的點火敏感性的標準試驗方法。 以ABMA型沖擊試驗機為基礎進行設

24、計。 數據的應用：用于泵，壓縮機，透平機械，化學反應器中，通常是處于高壓環(huán)境的非金屬密封和填料材料的選擇和研發(fā)。加壓的機械沖擊試驗試驗氣體進口試驗氣體進口試驗氣體出口試驗氣體出口沖擊銷沖擊銷試驗腔試驗腔試驗樣品試驗樣品試樣杯試樣杯加熱器加熱器砧座螺母砧座螺母重錘重錘加壓的機械沖擊試驗的應用 與液氧相比，在氣氧中的沖擊試驗更為敏感和劇烈。在液氧中（低溫下）點火比較難以實現；而在液氧中的燃燒通常在液氧中（低溫下）點火比較難以實現；而在液氧中的燃燒通常則更為嚴酷（強化的供氧和體積膨脹）。則更為嚴酷（強化的供氧和體積膨脹）。 液氧沖擊試驗一般是用于材料的篩選鑒別： 如果通過（合格），可以放棄該材料的氣

25、氧沖擊試驗； 如果失?。ú缓细瘢?，則拒絕使用。 如果一種材料通過了給定壓力下的氣氧沖擊試驗，它就可以在類似或更高壓力下適用于液氧。絕熱壓縮氣流沖擊試驗(ASTM G74) 研究材料在氣流沖擊下點火敏感性的標準試驗方法。 運行原理類似于BAM的絕熱壓縮試驗和CEN的氣氧壓力波沖擊試驗（CEN/TC268/WG2）。 數據的應用：用于氧壓縮機活塞環(huán)，O型密封環(huán)，壓力調節(jié)裝置中的軟密封，軟管等的非金屬材料的篩選鑒別，選擇和研發(fā)。Gaseous Fluid Impact TestContinued Description on Notes氣流沖擊試驗氣態(tài)氣態(tài) O2 進入進入試驗腔試驗腔試樣試樣試樣夾持

26、器試樣夾持器熱偶熱偶- 需要產生的快速增壓循環(huán)次數- 增壓時間 3 s時間時間Pmw x 1.2放氣放氣CEN/ISO 部件的絕熱壓縮試驗 EN 849 用于氣瓶閥 EN 961 用于匯流排調節(jié)器 EN 585 用于壓力調節(jié)器 ISO/EN 7291 用于300bar匯流排系統(tǒng)的壓力調節(jié)器 ISO/EN 2503 用于300bar氣瓶的壓力調節(jié)器。絕熱壓縮部件試驗的優(yōu)點 在接近復制的運行條件下進行實際的部件試驗。 與材料氧兼容性相關聯(lián)，以復制的環(huán)境條件和實際使用的結構，對一個壓力部件的工程設計進行仔細考察。 系統(tǒng)和部件的氧兼容性是一個復雜的函數，其變系統(tǒng)和部件的氧兼容性是一個復雜的函數，其變量

27、包括工程設計、材料選擇、以及運行的結構和量包括工程設計、材料選擇、以及運行的結構和條件。條件。 醫(yī)用氧系統(tǒng)O&ED 03/98: 用于醫(yī)用氧/氧化氣體系統(tǒng)中的聚合物醫(yī)用氧系統(tǒng)/呼吸器 氟化/氯化物材料，包括塑性的（PTFE, PFA, PCTFE等），彈性的（Kalrez, Viton A等）以及油/脂類（Krytox, 鹵化碳等）在氧系統(tǒng)中有著廣泛的應用。 在一定運行條件下（例如氣瓶充裝），系統(tǒng)的設計結構和現場工程實踐指出，鹵素化合物材料在氧中有可能發(fā)生點火或熱分解，從而導致促進燃燒并/或產生毒性高的反應產物。（絕熱壓縮是最可能發(fā)生的點火機制） 聚合物的選擇和使用受到嚴格的控制。醫(yī)用氧系統(tǒng)/

28、呼吸器(續(xù))按照BOC O&ED03/98，“用于醫(yī)用氧氣/氧化氣體系統(tǒng)的聚合物”中的定義： 承受氧壓力大于20barg并直接位于氧氣流中的部件和系統(tǒng)為高風險部件高風險部件。它們包括，但不限于軟管，外圓接頭，匯流排閥門，氣瓶閥門以及逆止閥、控制閥、調節(jié)閥、截止閥。 承受氧壓力小于等于20barg，并在正常運行條件下或非正常條件下直接位于氧氣流中的部件和系統(tǒng)為低風低風險部件險部件。它們包括，例如，動作時氣體釋放到大氣中的壓力釋放閥。運行與工程指令O&ED-03/98- 高風險部件：高風險部件： 高風險部件 ( 20 barg) 不得使用鹵化的(氟化的或氯化的) 聚合物，包括PTFE/PFA/TF

29、E/FEP, PCTFE(Neoflon/Kel-F), PVDF( Kynar), ECTFE (Halar); Kalrez, Viton, 氯丁橡膠。 氯化物的替代材料是：尼龍 66, PEEK, Delrin, Vespel SP-21; EPDM, 硅樹脂。- 低風險部件低風險部件 鹵素聚合物允許用于低風險部件，調節(jié)器膜片，截止和逆止閥密封等。運行與工程指令O&ED-03/98(續(xù)) 新設備和裝置 只能使用經過認證和試驗的設備。 與氧氣流直接接觸的高風險部件絕對不能含有鹵素聚合物 。 所有新的高風險部件必須通過絕熱壓縮試驗檢驗批準。 現有設備和裝置 消除所有沒有取得試驗證明的含有鹵素

30、聚合物的高風險部件。 取得試驗證明的高風險部件，如果其上游安裝有20 mm的過濾器，可以繼續(xù)使用。 過濾器必須定期交換或清洗。運行與工程指令O&ED-03/98(續(xù)) 按照O&ED 03/98, 所有高風險部件必須由批準的試驗機構進行試驗并取得許可證明。（批準的機構包括：BAM, AL/巴黎，DNV (奧斯陸/挪威), WHA, 或 NASA/WSTF ） 低風險部件的安裝應符合BOC最佳實施規(guī)范。運行與工程指令O&ED-03/98(續(xù))軟管軟管 只允許用于BOC的設施和充裝站，不得用于客戶現場！ 根據系統(tǒng)的設計，實際運行結構配置和風險分析，需要裝配1個或2個水冷卻器。 冷卻器必須由黃銅或銅制

31、造，長度至少要大于150mm。當軟管長度大于4英尺時，冷卻器長度的選擇必須符合“0.2比例”的設計指南（見IMSS-OCSB 1.5章）。 ASTM PS 127 關于醫(yī)用氧調壓器 像像G175一樣，一樣，PS 127-制訂并出版了制訂并出版了 “用于用于評估醫(yī)療和緊急應用場合的氧壓力調節(jié)器點評估醫(yī)療和緊急應用場合的氧壓力調節(jié)器點火敏感性和故障耐受能力的試驗方法火敏感性和故障耐受能力的試驗方法”。 G175預期要控制美國所有（鋁和黃銅閥體的）預期要控制美國所有（鋁和黃銅閥體的）醫(yī)用氧調節(jié)器的制造資質和市場準入。醫(yī)用氧調節(jié)器的制造資質和市場準入。 按照按照G175修訂的修訂的ISO10524預計

32、將在全球執(zhí)預計將在全球執(zhí)行。行。 ASTM PS 127 關于醫(yī)用氧調壓器 G175 是用于壓力調節(jié)器的評估工具，它由兩是用于壓力調節(jié)器的評估工具，它由兩個部分組成，即個部分組成，即“絕熱壓縮絕熱壓縮”和和“強迫點火強迫點火”。 “強迫點火強迫點火”是通過一個是通過一個“尼龍尼龍6/6點火彈丸點火彈丸”實現的，它可以釋放實現的，它可以釋放500卡熱量使之點火?？崃渴怪c火。 對于絕熱壓縮，對于絕熱壓縮，G175比比O&ED 03/98的要求更的要求更嚴格。嚴格。 某些壓力調節(jié)器，黃銅或鋁閥體，以前已經由某些壓力調節(jié)器，黃銅或鋁閥體，以前已經由BAM型的絕熱壓縮試驗認可的，在型的絕熱壓縮試驗認

33、可的，在G175的試的試驗中通不過。驗中通不過。 醫(yī)用氧系統(tǒng)/呼吸器 原則上，運行在18barg以下的清潔氧系統(tǒng)是難以通過絕熱壓縮點火的。（氧從0壓縮到18barg能達到的最高溫度是400）。 但是，其他的點火源（如碳氫化合物污染等）可能仍然存在，它們具有相當低的點火極限。 如果含有任何聚合物的部件要用于氧系統(tǒng)，必須對它進行徹底的脫脂，達到50 mg/m2的清潔程度。 氣氧中的墊片填料環(huán)試驗 部件試驗僅在BAM中有。 用于評估與氣氧接觸的墊片材料在被點火時抵抗運行故障性能的標準試驗。 數據的應用：用于氧系統(tǒng)運行壓力和溫度下填料墊片的選擇和篩選。BAM的墊片填料環(huán)試驗如何進行 ? 兩個不銹鋼管道

34、之間的做法蘭并加入墊片。兩個不銹鋼管道之間的做法蘭并加入墊片。 墊片的內徑伸入到氣流之中。墊片的內徑伸入到氣流之中。 氣源：氣態(tài)氧。氣源：氣態(tài)氧。 系統(tǒng)密封并增壓到選擇的試驗壓力。系統(tǒng)密封并增壓到選擇的試驗壓力。 從外部對墊片加熱到低于其自點燃溫度從外部對墊片加熱到低于其自點燃溫度50k的的溫度。溫度。 通過電熱絲點燃伸出的墊片部分。通過電熱絲點燃伸出的墊片部分。 評估對管道和墊片造成的損壞。評估對管道和墊片造成的損壞。 確定是否合格。確定是否合格。 填料墊片材料選擇指南 如果在4次試驗中有一次或多次實質性的反應發(fā)生，該填料不合格。 實質性反應就是，產生的能量足以使不銹鋼管道或法蘭之間的墊片填

35、料發(fā)生燃燒或破壞。 最低要求： 壓力大于4MPa 溫度高于60 墊片填料環(huán)試驗的優(yōu)點 部件試驗非常接近填料的實際運行條件。 可以用于研發(fā)在一定運行壓力和溫度條件下使用的材料。 BS 3N 100 SIT 試驗：沒有部件試驗，只能確定在最大工作溫度(90oC)下的使用壓力。Selection of Metallic Materials金屬材料的選擇金屬材料的選擇金屬材料 所有的金屬，除了貴金屬金、銀、鉑以外，與氧接觸時在熱力學上都是不穩(wěn)定的。 與非金屬相比，金屬的自點燃溫度一般要更高一些。 金屬擁有很高熱導率，有助于熱量的消散。 大多數金屬在燃燒時產生凝聚的氧化物，而不會產生可以稀釋附近氧氣的氣

36、體。 金屬在更高的溫度下燃燒，將更有可能將火傳播到臨近的材料。金屬材料的選擇金屬材料可以根據其預期的運行狀態(tài)和可能的點火機制，按照相關氧兼容性試驗確定的下列性質選擇： 對于持續(xù)燃燒，極限壓力：促進燃燒試驗；對于在液氧中經由引火鏈促進燃燒的傾向性：與液氧的兼容性試驗；Pv 乘機：摩擦試驗；抗粒子沖擊性能（極限溫度）：粒子沖擊試驗。對于小尺寸，薄結構的材料，可能要考慮對于小尺寸，薄結構的材料，可能要考慮“絕熱壓縮絕熱壓縮”!促進燃燒試驗 (ASTM G124) 確定金屬材料在富氧氣氛中燃燒行為（易燃性）的標準試驗方法。 如何應用數據？確定極限壓力（或自熄滅壓力）； 考慮結構影響（例如管/板或桿狀）

37、； 采用安全系數（風險分析）。 數據的應用：對于ASU/ICO/PPU/VSA 的管道和閥門，壓縮的氧，C&P處理反應器，氧槍、克勞思/蘇爾爐等所用的材料的選擇和研發(fā)。BOC的促進燃燒試驗機促進燃燒試驗促進燃燒試驗試驗氣氛出口試驗氣氛出口試驗氣氛進口試驗氣氛進口試樣試樣視孔視孔點火器引線點火器引線試樣夾持器試樣夾持器試驗腔試驗腔促進劑促進劑為了確定極限壓力，需要在不同的壓力下進行多次（大于為了確定極限壓力，需要在不同的壓力下進行多次（大于5次）試驗。次）試驗。促進燃燒試驗中金屬的消耗促進燃燒試驗中金屬的消耗 試驗前和試驗后的金屬桿結構 1/8” Al 6061 AlloyBefore Afte

38、r 1/8” 316 不銹鋼不銹鋼 前前 后后 1/8” Al 6061 合金合金 前前 后后 Al/Pd 熔斷點火絲熔斷點火絲300 psig;99.7% O22000 psig;99.7% O2促進燃燒試驗中金屬的消耗促進燃燒試驗中金屬的消耗 1/8” Al 6061 AlloyBefore After 1/8” Al-Bronze (AB2; Cu-10Al-5Fe-5Ni)Before AfterAl/Pd Pyrofuze ignition wire300 psig;99.7% O22000 psig;99.7% O21/4” 碳鋼 A216 WCB 前 后 1/8” 鋁銅合金 (A

39、B2; Cu-10Al-5Fe-5Ni) 前 后試驗前和試驗后的金屬桿結構99.6%O2-Ar;100 psig99.6%O2-Ar;2500 psig鋁-鉛熱熔保險絲促進燃燒數據材料 (1/8” 桿料)蒙乃爾 400/K-500Cu, Ni, Co, Cu-Ni 合金黃銅, Sn-/Si-/P- 青銅海恩斯 188/242, 哈斯合金 C22440C S.S., Inconel 600, 哈斯合金C276316/304 不銹鋼鋁青銅鋁青銅1018 碳鋼Al, 6061 鋁合金Ti/Ti-6Al-4V極限壓力 (psia)10,00010,0007,0005,0002,500-3,000500

40、20030251促進燃燒數據 按照G124，促進燃燒試驗是在靜態(tài)下，作為氧壓力和濃度的函數有代表性的進行。 數據的特性曲線:極限壓力極限壓力O2 %100下層下層上層上層轉換區(qū)域：數據有重大分散轉換區(qū)域：數據有重大分散抵抗燃燒的材料: Ni200, Cu, Monel 400, etc. 抵抗能力較差的材料: Al, C.S., S.S., etc. 材料材料 ; 結構結構/尺寸尺寸; 溫度溫度 ; O2 %; 稀釋劑稀釋劑; 速度速度; 其他其他. 合金合金 桿桿 (1/81/2”), 管管 RT-1000C 25-100% N2/Ar/CO2 0-500 ft/s 促進燃燒試驗促進燃燒試驗

41、 - 試驗參數試驗參數316 不銹鋼不銹鋼 (1/8”, RT, 100%O2 ) 500 尺寸影響尺寸影響316 不銹鋼不銹鋼 (1/4”, RT, 100%O2) 725 碳鋼碳鋼 (1/8”, 177 C, 96%O2, 4%N2) 25 (不燃燒不燃燒) 溫度影響溫度影響碳鋼碳鋼 (1/8”, 1000 C, 96%O2, 4%N2)25 (100% 燃燒燃燒)碳鋼碳鋼 (1/4”, RT, 100%O2) 25 O2 濃度影響濃度影響 碳鋼碳鋼 (1/4”, RT, 93%O2, 7%Ar)80鋁鋁 (1/8”, RT, 100%O2) 30 稀釋劑影響稀釋劑影響鋁鋁 (1/8”,

42、RT, 99.82%O2, 0.18% Ar) 115316L 不銹鋼不銹鋼 (1/2”, 99.5% O2) 靜止靜止/無流動無流動 1200 流速的影響流速的影響316L 不銹鋼不銹鋼 (1/2”, 99.5% O2) 流動流動(75 f/s) 0.77不持續(xù)燃燒銅101(99.9%)60 x60/0.190.330.36蒙乃爾40060 x60/0.190.0850.31316不銹鋼60 x60/0.190.0850.81304不銹鋼60 x60/0.170.0850.99碳鋼60 x60/0.190.0850.95*NASA的試驗結果TP大于10000psig(NFPA); 普萊克斯大

43、于5000psig。- 鎳200是對尺寸最不敏感的材料，被認為是最適用于薄尺寸工程部件（例如過濾器）的材料。（燃燒速率是在0.6MPa壓力下的數據）不同結構合金的極限壓力 (MPa) 金屬3mm棒料12mm金屬絲69mm直徑管3mm板0.8mm板燒結型過濾器絲網鎳48.420.7-0.69蒙乃爾48.4-0.6948.448.4-38-69-黃銅48.40.1-不銹鋼3.5-6.9-0.16.935? 69 (10,000 psi) 9.46 20.7 (3000 psi)10.3 2.1 (305 psi)13.9 2.1 (305 psi)試樣結構/尺寸的影響 根據對鋁 6061，304/

44、316不銹鋼， 9% Ni 的鎳鋼和1018 碳鋼的大量實驗研究可知： 用類似的或稍微小的材料尺寸（壁厚相對于直徑）進行試驗，與棒狀試樣相比，管道試樣的可燃性較低，板狀試樣可能是可燃性最低的。 如果氧管道材料的選擇以棒材的可燃性為依據，會提供一個安全余量。根據促進燃燒的性質選擇材料 固體狀態(tài)的燃燒具有極大的多樣性，并且受到試樣結構和環(huán)境條件的巨大影響。 材料在氧中的點火和燃燒涉及非常復雜的反應，在材料、環(huán)境或系統(tǒng)運行狀態(tài)上即使是不大的變化都會對點火和燃燒造成巨大的影響。 金屬材料與液氧的兼容性 在Fushan, Bintulu 和 Highveld的空分裝置事故發(fā)生之前，大家認為大多數金屬與液

45、氧是兼容的。 Fushun 和 Bintulu 的事故表明：板式鋁熱交換器（BAHX）有可能被燒掉并產生“巨大能量釋放”從而引起重大爆炸。 Highveld 的事故證明：1-5/8英寸316不銹鋼閥體的籠式閥，在用于液氧時（P 從40降低到3bar）有可能被燒掉4050%。 在液氧中使用金屬金屬材料（特別是鋁和鋁合金）時需要特別注意。 在液氧中點火比在氣態(tài)氧中點火要困難的多（低溫！）。 如果一種材料可以被點燃，它將劇烈地燃燒 爆炸?。鈶B(tài)氧增強供給和液氧膨脹形成的極大體積）摩擦點火試驗 沒有ASTM標準化的試驗。 NASA的試驗方法是用于確定在氣/液氧中一對材料摩擦點火的閾值極限（Pv乘積）。

46、 Pv（w/m2）：單位接觸面積上所產生的能量。）：單位接觸面積上所產生的能量。 Sulzer Brothers公司有一個類似的裝備，但具有不同的設計結構。 數據的應用：氧系統(tǒng)/部件中具有摩擦運動（例如泵、壓縮機、軸承等）材料對的選擇和研發(fā)。 NASA的摩擦點火試驗試驗氣體進試驗氣體進/出口出口軸軸固定試樣固定試樣轉動試樣轉動試樣試驗腔試驗腔氣態(tài)氣態(tài) O2同軸的一對固定和轉同軸的一對固定和轉動軸，配置有特殊尺動軸，配置有特殊尺寸管狀試驗零件。寸管狀試驗零件。摩擦試驗數據 試驗金屬試驗金屬 Pv* 乘積值乘積值 固定試樣固定試樣 轉動試樣轉動試樣 (W/m2 x 10-8)錫青銅錫青銅 錫青銅錫

47、青銅 2.1, 2.2, -球墨鑄鐵球墨鑄鐵 WC-涂層涂層 41401.7, 1.8, 1.8錫青銅錫青銅304 不銹鋼不銹鋼0.95, 1.0, 1.2球墨鑄鐵球墨鑄鐵 硬質合金硬質合金 6B0.82, 0.88, 1.1球墨鑄鐵球墨鑄鐵錫青銅錫青銅0.80, 1.4, 1.7球墨鑄鐵球墨鑄鐵Nitronic 600.44, 0.51, 0.75鋁青銅鋁青銅C355 鋁鋁0.29, 0.31, -青銅澆注巴氏合金青銅澆注巴氏合金蒙乃爾蒙乃爾 K-5000.09, 0.16, 0.19*在6.9 MPa的純氧中，以每分鐘17000的轉速，在逐漸增加負荷過程中發(fā)生點火時的Pv乘積值。* P 是

48、作用于原始試樣表面的正常接觸壓力；v 是轉動試樣上的平均線速度。粒子沖擊試驗 沒有ASTM標準化的試驗。 NASA的試驗方法是用于確定在氣態(tài)氧中材料對以音速或亞音速運動的粒子沖擊產生點火的敏感性。 數據的應用：對于在預期的運行結構中有可能遭遇粒子沖擊工況的氧管道系統(tǒng)（例如管道、閥體、閥桿）和氧工藝反應器的金屬材料的選擇和研發(fā)。粒子沖擊試驗粒子注入器粒子注入器加熱的加熱的氣態(tài)氧氣態(tài)氧試驗腔試驗腔試樣試樣試樣夾持器試樣夾持器漸縮漸縮/擴張噴嘴擴張噴嘴- 系統(tǒng)增壓到系統(tǒng)增壓到4000 psig ，速度達到音速；，速度達到音速；- 試樣溫度控制的目標最高為試樣溫度控制的目標最高為700K 。點火閾值極

49、限用試樣溫度表示；點火閾值極限用試樣溫度表示；根據粒子的速度，可以使用兩種溫度目標范圍。根據粒子的速度，可以使用兩種溫度目標范圍。（壁厚：（壁厚：0.06”/1.5 mm） 粒子沖擊試驗數據- NASA/WSTF 材料材料 (C) 反應溫度反應溫度 (F) 蒙乃爾蒙乃爾 400 329 625錫青銅錫青銅 307 585黃銅黃銅 346 655硬質合金硬質合金 600 332 6307% 鋁青銅鋁青銅 304 580硬質合金硬質合金 625 302 575球墨鑄鐵球墨鑄鐵 202 395硬質合金硬質合金 718 202 395 耐熱合金耐熱合金 800 196 385316 不銹鋼不銹鋼 52

50、 125304 不銹鋼不銹鋼 46 1156061 鋁合金鋁合金 -34 -30O&ED 05/99: 氧系統(tǒng)中鋁青銅的使用 鋁青銅（含鋁最高到14%）歷史上用于閥門、泵、壓縮機和壓力裝置中需要高強度的地方。 鋁青銅通過摩擦可容易地被點燃，對于促進燃燒試驗表現出較低的極限壓力（1/8英寸棒料為 200225psig）。 普萊克斯的工程指導中規(guī)定氧中使用的1/8英寸壁厚的鋁青銅，極限壓力為150psig。 O&ED 05/99:氧系統(tǒng)中鋁青銅的使用 鑒于（含鋁513%）鋁青銅對于促進燃燒試驗的壓力極限過低，O&ED 05/99 給出的解決辦法是：氧充裝系統(tǒng)中與氧直接接觸的部件消除鋁青銅的使用；確

51、定需要修改消除鋁青銅的范圍；在空分裝置、管道、客戶工程、氣體應用和輸送系統(tǒng)所使用的材料中減少鋁的含量。O&ED 05/99:氧系統(tǒng)中鋁青銅的使用 在氣瓶充裝系統(tǒng)中： 新建或更新的充瓶系統(tǒng)中不得使用鋁青銅； 現有系統(tǒng)中更新零部件時不得使用鋁青銅； 對于不與氧直接接觸的零件，像填料函的螺母，仍允許使用，以達到需要的強度； 對于現有系統(tǒng)必須進行調查以確定鋁青銅使用的范圍，將有助于確定是否需要整改。 O&ED 05/99:氧系統(tǒng)中鋁青銅的使用 在空分裝置和管道系統(tǒng)中： 閥門和管件的結構材料中許可的最大鋁含量減小到2.5%； 現有零部件不需要更新； 必須對所有的工程規(guī)格規(guī)范進行修改更新，以反映該新要求。

52、O&ED 05/99:氧系統(tǒng)中鋁青銅的使用 對于客戶工程、氣體應用和運輸系統(tǒng)： 閥門和管件的結構材料中許可的最大鋁含量減小到2.5%； 現有零部件不需要更新； 必須對所有的工程規(guī)格規(guī)范進行更新，以反映該新要求。O&ED 05/99:氧系統(tǒng)中鋁青銅的使用 現有庫存： 現有庫存的鋁青銅部件，凡不符合O&ED 05/99要求的，不得用于氧服務； 應將它們盡可能地轉移到氮、氬或空氣的應用場合。 用于氧管道系統(tǒng)的全球行業(yè)指南 作為CGA和EIGA之間廣泛聯(lián)合的一個成果，在2002年制訂了用于氧管道系統(tǒng)的全球行業(yè)指南。 該行業(yè)指南（CGA G-4.4/EIGA 13/02/E）是在對由CGA G4.4 (

53、1993) 和 EIGA規(guī)定的工程實施規(guī)范進行協(xié)調整和后得到的。 CGA G-4.4；EIGA 13/02/E 和和 CGA G-4.4 (1993第第3版版)之間的主要差別是：之間的主要差別是： 擴大了內容目錄 CGA G-4.4 (2003第4版) 和EIGA 13/02/E中增加的內容有： 清洗（第6章）； 氣站的設計和施工（第8章）：閥門、流量計、過濾器、儀表、屏障、氣體儲存等； 總體保護措施（第10章）。 根據有沖擊和無沖擊兩種場合下，對于以工藝氣體速度為基礎的材料選擇提供了更詳細的分析說明。CGA G4.4 - EIGA IGC 13/02/E: 氧管道系統(tǒng)氧管道系統(tǒng)CGA G4.

54、4 - EIGA IGC 13/02/E: 氧管道系統(tǒng) 與CGA G4.4 (1993 版) 相比，是一個更為全面“氧管道系統(tǒng)”的行業(yè)指南。 繪制出用于碳鋼和不銹鋼的壓力-速度曲線，并且與CGA G4.4-1993的數據協(xié)調一致。 按照“豁免壓力”和“最小厚度”對材料列表。 運行在規(guī)定條件下的那些材料是免除速度限制的。CGA G4.4 - EIGA IGC 13/02/E: 氧管道系統(tǒng) 當 P3000psig ；含氧量O235%（體積）時，對于由含鐵或不含鐵材料構成的無碳氫化合物的系統(tǒng)，速度限度可以豁免。（根據促進燃燒試驗，碳鋼和不銹鋼是阻燃的?。?該文件可以在網上下載。CGA G4.4 -

55、EIGA IGC 13/02/E: 氧管道系統(tǒng)豁免壓力和最小厚度豁免壓力和最小厚度 合金合金 最小厚度最小厚度 (in) 豁免壓力豁免壓力 (MPa) 黃銅黃銅 沒有規(guī)定沒有規(guī)定 21 (3000 psig) 斯太立特斯太立特 6/6B 沒有規(guī)定沒有規(guī)定 3.6 (500 psig) 銅銅 沒有規(guī)定沒有規(guī)定 21 (3000 psig) Cu-Ni 合金合金 沒有規(guī)定沒有規(guī)定 21 (3000 psig) 錫青銅錫青銅 沒有規(guī)定沒有規(guī)定 21 (3000 psig) 蒙乃爾蒙乃爾400/k-500 沒有規(guī)定沒有規(guī)定 21 (3000 psig) 鎳鎳 200 沒有規(guī)定沒有規(guī)定 21 (3000

56、 psig)304/304L,316/316L,321,347 1/8 1.4 (200 psig)304/304L,316/316L,321,347 1/4 2.0 (290 psig) Carpenter 20 Cb-3 1/8 2.6 (375 psig) 410/430/X3NiCrMo 13-4 1/8 1.8 (250 psig) 17-4 PH (aged) 1/8 2.2 (300 psig)CGA G-4.4 (1993) 和CGA G-4.4 (2003) EIGA 13/02/E之間的主要差別最常用金屬列表如下完整的材料列表見 CGA G-4.4 和EIGA 13/02/

57、E 的附件D。工程合金工程合金最小厚度最小厚度(mm)豁免壓力豁免壓力(MPa)不銹鋼（軋制）不銹鋼（軋制） 304/304L，316/316L，321，3473.181.4 304/304L，316/316L，321，3476.352.0鐵鑄件（不銹的）鐵鑄件（不銹的） CF3/CF8，CF3M/CF8M，CG8M3.181.4 CF3/CF8，CF3M/CF8M，CG8M6.352.0銅銅沒有規(guī)定21鐵鑄件（可銹的）鐵鑄件（可銹的） 灰鑄鐵3.180.27 球墨鑄鐵3.180.45鎳合金鎳合金 蒙乃爾 400沒有規(guī)定21 蒙乃爾 K-500沒有規(guī)定21 鎳 200沒有規(guī)定21CGA G4.

58、4 - EIGA IGC 13/02/E: 氧管道系統(tǒng) 圖圖1：用于氧氣材料的選擇（有沖擊場合）：用于氧氣材料的選擇（有沖擊場合）CGA G4.4 - EIGA IGC 13/02/E: 氧管道系統(tǒng)有沖擊場合的速度曲線： 對于碳鋼管道最高溫度為150；對于不銹鋼管道最高溫度為200。 如果進行了危險分析，碳鋼的溫度極限可以提高到200。 壓力極限最大為21MPa?！叭绻麤_擊場所有可能存在，在新管道系統(tǒng)，閥門，設備以及相關管道的設計中必須使用有沖擊的速度曲線?！盋GA G4.4 - EIGA IGC 13/02/E: 氧管道系統(tǒng) 圖圖2：用于氧氣材料的選擇（無沖擊場合）：用于氧氣材料的選擇（無沖

59、擊場合）CGA G4.4 - EIGA IGC 13/02/E: O2 Pipeline Systems無沖擊場合的速度曲線: 對于碳鋼管道最高溫度為150；對于不銹鋼管道最高溫度為200。 如果進行了危險分析，碳鋼的溫度極限可以提高到200。 壓力極限最大為21MPa。“如果速度在無沖擊曲線以上，在無沖擊場合也必須使用豁免材料。 CGA G4.4 - EIGA IGC 13/02/E: 氧管道系統(tǒng) 有沖擊的速度曲線： P (MPa) 0.3 P 1.5 V = 30 m/s (100 ft/s) 1.5 P 10 P*V = 45 Mpa-m/s 10 P 20 V = 4.5 m/s (15 ft/s) 無沖擊的速度曲線： P (MPa) 0.3 P 1.5 V = 60 m/s (200